Отопление дома энергией Солнца. Солнечный коллектор – Всё о выживании

Гелиосистемы экономически выгодны. Даже с учетом высокой стоимости, первоначальные затраты, при всесезонном применении окупятся за 2-3 года. Системы

Содержание

Способы использования солнечной энергии

Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.

Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные батареи – один из способов получение практически бесплатной энергии, безвозмездно излучаемой небесным светилом

Устройство автономной солнечной электростанции целесообразно в регионах с большим количеством солнечных дней, что не связано со среднегодовой температурой

Автономную гелиосистему располагают преимущественно на крышах малоэтажных домов и на свободных от деревьев участках

В период морозов гелиосистемы поставляют энергию для нагрева воздушного, парового или водяного отопления, летом обеспечивают нагретой водой

Солнечные электростанции относятся к “зеленым”, экологически безопасным, способным непрерывно возобновляться видам генерации энергии

Пока эффективность солнечных электростанций слишком зависима от количества солнечных дней. Она рентабельна только в южных широтах. В средней полосе и на севере может служить лишь резервным источником

Солнечные панели на юге стран СНГ смогут обеспечить загородный дом электроэнергией, горячей водой и теплоносителем для контуров отопления

Гелиосистемы, даже используемые в качестве резервного энергетического источника, приносят достаточно высокий экономический эффект, снижая нагрузку на основные варианты получения энергии

Пассивное использование солнечной энергии

Вариант установки солнечных панелей

Оптимальное расположение частной гелиосистемы

Расположение солнечной панели вдоль карнизного свеса

Гелиосистема на пологом скате крыши

Солнечная электростанция в качестве резервного источника

Эксплуатация батарей в южных областях стран СНГ

Реальная польза гелиосистемы в частном секторе

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Солнечные батареи на Севере

Считать, что абсолютно все северные регионы получают намного меньше естественного тепла, чем южные, ошибочно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем в расположенной южнее Великобритании

Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.

Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.

Схема с резервным источником

Схема устройства отопительной системы с солнечным коллектором, подключенным к бойлеру, и запасным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающем на традиционном топливе (+)

Можно ли обогреть дом солнцем

схема работы системы с гелиопанелями Несмотря на передовые технологии и инновации, до сих пор полноценное отопление гелиосистемами не представляется возможным. Причина проста. Солнце светит только днем. Ночью солнечное излучение отсутствует. Соответственно солнечные коллекторы для отопления будут работать исключительно в светлое время суток. Хотя в пасмурную погоду гелиопанели продолжат работать, теплоотдача существенно уменьшится.

На теплоэффективность во многом влияет интенсивность ультрафиолетового излучения. В районах крайнего севера мощность и теплоотдача солнечного коллектора будет меньшей, чем в регионах с умеренным климатом.

Отопление на солнечных батареях используется исключительно как дополнительный источник тепла. Принцип работы коллектора основан на преобразовании ультрафиолетового излучения в тепловую энергию.

Получаемое тепло направляется в аккумулирующий бак, буферную емкость, установленную внутри здания. В воздушных системах жидкостный теплоноситель отсутствует. В помещение, при помощи вентиляторов нагнетаются разогретые воздушные массы.

Если учесть, что эффективность гелиоколлекторов зимой существенно снижается, автономное отопление дома требует правильных расчетов. Специалисты рекомендуют на этапе планирования установить в здание источник тепла на традиционных энергоносителях (газ, дрова, пеллеты, уголь, дизтопливо, электричество), способный удовлетворить потребность здания в обогреве и ГВС на 100%. Гелиосистема будет использовать солнечную энергию и частично компенсировать затраты с разной эффективностью, в зависимости от месяца года.

карта России по интенсивности солнечного излучения

Чтобы определить стоит ли устанавливать альтернативное отопление частного дома, стоит обратить внимание на существующие преимущества и недостатки солнечных коллекторов. При составлении таблицы плюсов и минусов, нужно учитывать реальные отзывы о гелиосистемах оставленные пользователями:

  • Недостатки — главным минусом остается высокая стоимость (стоит отметить, что с появлением коллекторов российского производства, солнечные системы отопления стали экономически доступнее). Существует еще несколько минусов:
    1. сезонность — солнечные коллекторы с вакуумными термотрубками эффективны до температуры окружающей среды –50°С. Вакуумный гелиоколлекторы продолжат работать до тех пор, пока антифриз в теплообменнике не замерзнет. Солнечные панельные коллекторы работают при температуре до –25°С.
    2. зависимость от электричества — всесезонные системы работают с принудительной циркуляцией теплоносителя. При отключении напряжения теплоноситель может закипеть.
    3. долгая окупаемость — в случае отопления, работа коллектора большую часть осуществляется при отрицательных температурах. Теплоэффективность гелиосистемы снижается. Время окупаемости увеличивается до 6-7 лет.
  • Преимущества — рекордно низкие температуры в средних широтах редки. На весь отопительный сезон приходится не более недельного периода, когда коллекторы перестают работать. При правильном подборе оборудования и расчетах удастся подобрать готовое решение, способное по максимуму компенсировать потребности жилого здания в тепле. Для средних широт компенсация энергозатрат достигает 20-30%. Дополнительные плюсы:
    1. срок эксплуатации от 30 до 50 лет;
    2. присутствует антивандальная и противоградовая защита;
    3. гелиопанели выдерживают шквалы ветра.

Выше описаны общие преимущества и недостатки для любой системы отопления частного дома от солнечной энергии. У каждого типа гелиоколлекторов, воздушных и жидкостных, есть присущие им особенности, влияющие на окупаемость автономного обогрева.

Расходы

Чтобы выбрать оптимальную систему отопления, важно рассчитывать расходы на отопление. Расчёт стоимости производится по следующему алгоритму:

  1. Рассчитываем примерные теплопотери дома. Общие таблицы теплопотерь для разного вида зданий, размеров и местоположения можно найти в сети.
  2. Рассчитываем количество топлива, которое нужно сжечь для восполнения теплопотерь дома за отопительный сезон. Для этого делим теплопотери на теплотворную способность единицы топлива, получится количество необходимого топлива. Умножаем получившуюся цифру на коэффициент 1.2 — погрешность на КПД системы и неточность расчётов.
  3. Умножаем количество топлива на его среднюю цену.
  4. Прибавляем к получившейся стоимости топлива стоимость обслуживания и ремонта оборудования.

  1. Делим стоимость отопительного оборудования на срок службы — получаем стоимость амортизации.
  2. Добавляем среднесезонную амортизацию системы отопления — получаем ориентировочную стоимость отопления в год.

При расчёте обязательно будут неточности и условности. В любом случае значительно сократить стоимость помогут мероприятия по утеплению дома.

Что такое солнечные батареи?

Солнечные батареи для отопления дома являются устройствами, которые заряжаются от света. Они созданы очень давно. Солнечные батареи для подзаряда калькулятора, часов – все это появилось в начале 90-ых годов. Но иностранные ученые научились рационально использовать солнечную энергию еще да этого времени. Одним из успешных достижений можно назвать энергию, где применяются лучи солнца для обогрева дома. Причины спроса альтернативных источников энергии очевидны: возможность сэкономить на топливе и воплотить в реальность мечту об экологическом доме.

Насколько реально отопление частного дома солнечными батареями?

Такой способ отопления дорогой и неэффективный, для решения задачи потребуется отопительная система и автономный постоянный источник энергии для неё. В качестве первой можно использовать:

  • электрокотел и набор батарей с циркулирующей по замкнутому трубному контуру жидкостью (водой или специальным составом);
  • «теплые полы»;
  • классические навесные обогреватели;
  • инфракрасные настенные, напольные либо плинтусные керамические панели.

Важно! Следует отметить, что для максимальной экономии наиболее эффективно применять метод независимой терморегуляции для каждого помещения отдельно.

Солнечные батареи для отопления частного дома – расчет мощности потребления и сравнительная таблица.

Рассмотрим относительно небольшой трехкомнатный частный дом площадью 85м2. Отапливать понадобится:

  • спальню и гостиную по 20м2 – 1,0 кВт на каждую;
  • детскую 15 м2 – 0,75 кВт;• кухню 10 м2 – 0,5 кВт;
  • коридор 10 м2 – 0,35 кВт;
  • ванную комнату и туалет 5+5м2 – 0,35 кВт.

Итого: 1,0 + 1,0 + 0,75 + 0,5 + 0,35 + 0,35 = 3,95 кВт, или приблизительно 4 кВт.

В зависимости от выбранного варианта отопительной системы суточная потребляемая мощность составит:

Время работы в сутки (ч)
Суточный расход энергии (кВт*ч)
Электрокотел и водяной контур 14-16 56-64
«Теплый пол» 12-14 48-52
Тепловые конвекторы 12-14 48-52
Керамические ИК – панели 7-10 32-40

Отопление с помощью солнечных батарей – расчет требуемой мощности СЭС в зависимости от региона.

Рассчитывая обеспечения такого количества энергии автономной СЭС необходимо учесть, что генерация солнечных панелей минимальна именно в зимние месяцы. Для наглядности продемонстрируем помесячный график выработки станцией мощностью 1 кВт в большинстве регионов средней полосы России.

График производительности солнечных батарей:

gen1000.jpg

По регионам России видим следующие данные по инсоляции— интенсивности облучения поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией). 

solar-map.jpg

Таким образом, примерно на 15-20% ниже генерация будет на северо-западе, на 15-20% выше – в южных регионах. Следовательно, даже при самом оптимальном варианте для отопления загородного дома средних размеров понадобится автономная станция мощностью от 30-40 кВт.

Отопление солнечными батареями – оборудование и его стоимость.

Для полностью независимой СЭС такой производительности потребуется закупить следующий комплект оборудования:

Примерная комплектация автономной солнечной электростанции на 30 кВт, базовый вариант с качественным оборудованием.

Оборудование, тип и количество
Цена за единицу
Сумма
Солнечные панели: Delta BST 300-24M PERC (монокристаллические, Tier1) – 100 шт. 130$ 13000$
Многофункциональный инвертор: Schneider Electric Conext XW+8548 – 1 шт. 3100$ 3100 $
Панель управления: XW SCP – 1 шт. 350$ 350$
Контроллер заряда: Schneider Electric XW MPPT 80-600 – 6шт. 1800$ 10800$
Аккумуляторные батареи: DELTA GEL 12-200  – 24 шт. 460$ 11040$
Кабель солнечный: “PV cable” 6 мм2 – 200 м. 1.1$ 220$
Система защиты: автоматы защиты, плавкие вставки, УЗИПы, электрические щитки, кабели, периферия – 1 комплект. 800$ 800$

ОБЩАЯ СУММА: 39310$

В базовую комплектацию могут быть внесены изменения – например, выбраны более или менее мощные панели, оборудование других производителей и т.д. К стоимости комплекта солнечных батарей для отопления дома необходимо добавить расходы на монтажные и пуско-наладку, составляющие 10-15% от стоимости. Также стоит прибавить стоимость металлоконструкций для крепления солнечных батарей и стеллажи для АКБ. В итоге полностью автономная станция обойдется примерно в 45 000 долларов. Причем более трети расходов уйдет на накопители дневной генерации, для возможности обогрева частного дома и ночью.

Место под солнечную электростанцию – как и где устанавливать?

Если Вы твердо приняли решение приобрести СЭС такой мощности, необходимо будет выделить место для её установки. Для этого потребуется немалая площадь, поскольку каждая панель займет около 1,3-2м2 при установке «впритык» на кровле дома и на земле. Если приходится размещать модули в не только рядов на земле и плоской кровле (с минимальным уклоном), есть правило – при установке панелей под углом, между рядами панелей необходимо делать отступ, чтобы тень от передних рядов не падала на задние, в таком случае, необходимая площадь для установки будет больше в 2-5 раз. Длина отступа зависит от длины и угла наклона панелей.

Сколько нужно солнечных батарей для отопления?

Проведем расчет требуемого количества, а также пространства на установку СЭС на 30кВт, исходя из мощности выбранных панелей.

Мощность панели, Ватт
Количество панелей для СЭС 30кВт, шт.
Монтаж впритык, м2
Монтаж с отступом, м2
200 150 200 400-1000
250 120 200 400-1000
300 100 160 320-800
380 79 160 320-800
450 67 150 300-750

Очевидно, что даже для фотоэлектрических модулей на 450 Вт каждый, места на крыше с южной стороны, у типового дома, наверняка не хватит. Следовательно, панели можно будет установить только возле дома, на участке с минимальной площадью примерно от 150 квадратных метров.

В этом случае основная конструкция примет примерно такой вид:

sesudoma.jpg

Плюсы и минусы использования энергии солнца для отопления дома

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

content_geliosistema_econet_ru.jpg
Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Положительные и отрицательные стороны

Использование альтернативного отопления частных домов имеет свои неоспоримые преимущества. Установка и последующая эксплуатация солнечных модулей обладает следующими положительными сторонами:

  • Продолжительный эксплуатационный срок – до 25-40 лет без необходимости дорогостоящих профилактических работ
  • Лишнюю накопленную и переработанную солнечную энергию можно будет расходовать на другие нужды
  • Независимость от служб ЖКХ и значительное уменьшение счетов за отопление
  • Дом будет обогреваться на протяжении всего года

Однако имеются некоторые нюансы, которые ограничивают эксплуатацию отопления на солнечных батареях. Самый первый из них – географическое проживание. В том или ином районе солнце греет по-разному. Если оно появляется через сутки или лишь на пару часов в день, переоборудовать отопительную систему становится экономически невыгодно и следует подумать о других альтернативных источниках энергии (тепловые насосы, ветряные станции, биологическое топливо).

распределение тепла по территории России

Клик для увеличения

Среди прочих отрицательных сторон можно отметить:

  • Высокие первоначальные затраты
  • Сложность монтажа оборудования
  • Необходимость в резервном источнике отопления

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:

  • Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
  • Автономность. Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
  • Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
  • Общедоступность. Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.

Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).

Стоимость солнечных модулей

Установка только солнечных модулей потребует больших вложений: самые дешевые кремниевые панели обойдутся не менее 2200 руб. за штуку, а поликристаллические шестидиодные элементы первой категории – до 17000 за штуку. Подсчитать стоимость 30 модулей довольно просто (+)

Пользователи отмечают следующие недостатки:

  • высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
  • прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
  • обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).

Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные панели на крыше дачного дома

Крепление батарей дачной гелиосистемы

Наружное оборудование солнечной электростанции

Расположенные внутри дома технические устройства

Текущие тарифы на электроэнергию в России

Для населения и приравненных к ним категорий потребителей в России устанавливаются тарифы на электрическую энергию (мощность).

Тарифы для населения рассчитывают региональные энергетические комиссии — на основе утверждаемых ФАС России методик расчета, а также в рамках утверждаемого ФАС коридора тарифов, то есть минимальных и максимальных значений. Свой тариф можно посмотреть в платежке или на сайте энергосбытовой организации, а для нашего расчета мы используем максимальные значения из коридора. Это не конечные тарифы, но значения близки к реальным.

Для юридических лиц в России цены формируются конкурентным образом на оптовом рынке. Лишь некоторые составляющие конечной цены электроэнергии имеют установленный тариф.

Конечная цена состоит из следующих составляющих:

  1. Цена электроэнергии.
  2. Цена мощности.
  3. Тариф на услуги по передаче электроэнергии.
  4. Размер сбытовой надбавки энергосбытовой компании.
  5. Тариф на услуги иных инфраструктурных организаций.

По стоимости электроэнергии (мощности) для юридических лиц мы будем использовать прогнозные значения цен на 2021 год администратора торговой системы оптового рынка. Для услуг по передаче возьмем максимальные значения из коридора тарифов и утвержденные тарифы для федеральной сетевой компании. Это основные составляющие.

Прогнозы цен на электрическую энергию по субъектам РФ на 2021 годPDF, 1,38 МБ

Приказ ФАС от 14.12.2020 № 1216/20 «Об утверждении тарифов на услуги по передаче электрической энергии»PDF, 435 КБ

Сбытовую надбавку и иные платежи мы учитывать не будем: они окажут незначительное влияние на конечные цены для нашего анализа.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

content_kpd_col_c_econet_ru.jpg
Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Когда стоит обратить внимание на солнечные батареи

Переоборудовать стандартную отопительную систему в более современную и установить солнечные батареи для отопления дома можно в любой момент. Однако останавливаться на таком решении стоит лишь при выполнении нескольких важных правил:

схема отопления на солных батареях

  • Была произведена проверка уровня инсоляции мастером, на основании результатов которой удалось узнать, насколько эффективным будет каждый квадратный метр установленных батарей. Она даст возможность определить наиболее оптимальную покрываемую модулями площадь
  • Дом необходимо обязательно утеплить, чтобы снизить уровень нежелательных потерь тепла
  • Стоит проанализировать каждый из месяцев отопительного периода. Если количество солнечных дней менее 20, большую часть времени небо затягивают тучи и облака, гелиосистемы рекомендуется заменить тепловыми насосами
  • Обязательно должна присутствовать резервная отопительная система, чтобы обезопасить себя от непредвиденных обстоятельств

Выбор солнечной батареи и монтаж

Перед тем как выбрать подходящее отопление от солнечных батарей, необходимо тщательно изучить ее особенности. Необходимо рассчитать площадь дома и нужное количество тепло, которое будет уходить на обогрев. Также важно подобрать место установки. Лучше обратиться в проверенную компанию, специалисты которой составят правильный расчет. Ведь даже незначительный уклон от заданных показателей уменьшит эффективность солнечной установки.

Если система отопления грамотно поставлена, то она прослужит более 30 лет. Окупаемость составляет 3 года. Для многих это время покажется длительным. Но вы больше не будете зависеть от коммунальных служб. Солнечный коллектор должен стоять на площади с максимальным естественным свечением. Если задние не пригодно для монтажа коллектора, то данную систему можно установить на соседнем участке.

Солнечные батареи для отопления дома

Гибкие солнечные батареи

Накопитель можно поставить в подвале. Часто встречаются такие конструкции, где накопителей несколько. В такой ситуации они обладают минимальными габаритами. Если вы выбрали для обогрева такую систему, т сделали правильное решение. Солнечная энергия используется безвозмездно и является бесконечным тепловым источником. Изначально вы потратите на оборудование и установку большую сумму денег, но она полностью окупится через несколько лет и избавит вас от необходимости оплачивать счета коммунальных служб.

Коллекторная система отопления

Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.

Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.

Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.

Схема плоского коллектора

Светопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)

Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.

Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.

Схема с теплым полом

Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.

Теплообменники также бывают разными:

  • система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
  • обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.

Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.

Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.

Схема вакуумной трубки

Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)

Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Схема солнечной станции с насосом

Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания

Установка домашней солнечной электростанции

Самое простое решение, которое сразу приходит на ум – обратиться в компанию, которая специализируется на продаже и установке солнечных генераторов. Такое решение имеет массу преимуществ – специалисты смогут подготовить индивидуальный проект, наиболее подходящий для конкретных условий эксплуатации, а на приобретенное и установленное оборудование будет выдана гарантия. Недостаток подобного решения – слишком высокая стоимость работ.

Впрочем, собрать домашнюю солнечную электростанцию можно и самостоятельно, но для этого потребуется немалый опыт, а также солидные затраты труда и времени. Кроме того, нужно будет разобраться в том, какие элементы нужны для обустройства системы, и как они взаимодействуют между собой.

солнечные батареи для отопления дома зимой

Набор элементов для монтажа солнечного отопления выглядит следующим образом:

  • Комплект солнечных модулей;
  • Аккумуляторная батарея;
  • Контроллер заряда;
  • Инвертор;
  • Коммутация.

Аккумуляторы желательно подбирать так, чтобы у них были одинаковые характеристики. Хорошие аккумуляторы могут удерживать энергию около 3-4 дней, и этот параметр тоже нужно учитывать, как и тот факт, что в холодном помещении устройства разряжаются намного быстрее. Для суточного потребления в 2400 Вт-ч суммарная емкость батарей должна составлять не менее 1000 А-ч.

Инверторы, используемые для солнечных систем, имеют возможность синхронизировать фазу напряжения, в результате чего перевод 12 В в 220 В осуществляется без малейших задержек, поэтому электрические приборы не испытывают лишних нагрузок. Централизованные электросети таким качеством похвастать не могут, поэтому солнечные генераторы в этом плане гораздо удобнее и надежнее.

солнечная батарея для обогрева дома

Смонтировав каждый элемент системы, работающей на солнечных батареях, необходимо закончить работу. Для этого нужно подключить к системе электрический накопитель, в котором будет происходить нагрев воды от солнца. Накопитель в дальнейшем соединяется с отопительным контуром здания, тем самым обеспечивая его обогрев – например, вполне можно запитать теплый пол от солнечной батареи достаточной мощности.

Коллекторное отопление дома

Конечно, собрать отопительную систему на солнечных батареях возможно, но гораздо удобнее и практичнее использовать элементы, изначально предназначенные для отопления – солнечные коллекторы. Такие устройства обеспечивают прямой нагрев воды за счет солнечной энергии, и никаких посредников в этой цепочке нет.

солнечные батареи для отопления дома зимой

Существует два вида коллекторных конструкций:

  • Плоские;
  • Трубчатые.

Каждую систему необходимо рассмотреть подробнее, чтобы иметь возможность осознанно выбирать самый подходящий для конкретной ситуации вариант.

Сколько нужно солнечных батарей?

Если вы задаете вопрос, сколько нужно солнечных батарей для отопления частного дома, то выбор объема аккумулятора зависит от потребности в энергии и от числа панелей – от зарядного тока. Если это аккумуляторы AGM, то требуется 10% зарядный ток. Для панели на 90 Вт требуется маленькая емкость аккумулятора 60 А*ч, а самой оптимальной является 100 А*ч. Она накапливает 1,2 кВт *ч при напряжении 12В. Если это системы до 1,5 кВт*ч в день, то лучше применять аккумуляторы и панели на 12В. Устройства, потребляющие больше 3 кВт* ч в день, то лучше использовать солнечный генератор и аккумулятор с напряжением 48В.

Самыми недорогими считаются автомобильные аккумуляторы, но они созданы для передачи больших токов в течение короткого времени. Эти аккумуляторы не устойчивы к длительным циклам зарядки-разрядки. Особые солнечные аккумуляторы обладают низким порогом чувствительности для работы в циклическом режиме и низким самостоятельным разрядом. Производитель предлагают аккумуляторы с различным временем разрядки.

Солнечные батареи для отопления дома

Выбранный аккумулятор должен держать батарею около 4 суток. Чтобы он прослужил как можно дольше времени, необходимо применять его совместно с качественным зарядным контролером. Контролируется ток заряда, который уменьшается при полностью заряженном аккумуляторе. Получение энергии прерывается при разрядке до критического состояния.

Все технологические новшества и солнечные установки имеют тенденцию устаревания. Ежегодно появляется все больше продуктивных и недорогих солнечных панелей, аккумуляторов и других компонентов. И хозяева домов, стремясь получить еще большую эффективность и больше заработать на зеленом тарифе, меняют их раньше положенного срока. Это приводит к возникновению огромного числа свалок с ненужными панелями и аккумуляторами в Америке и Европе. В России такой проблемы нет, но появляется заманчивая возможность купить такие заграничные устаревшие детали и установки на популярных интернет-площадках.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your <a href=”/youtube/v3/getting-started#quota”>quota</a>.

loading.gif

Загрузка…

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Увеличения количества модулей

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

  • Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
  • Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
  • Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Устройство слежения за солнцем

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано econet.ru 

Система «теплый пол»

Технология напольного отопления – это удобная и экономичная система прогрева помещения. В современных установках используются прогрессивные материалы. Для изготовления трубопроводов применяются легкие и прочные полимерные материалы.

Основой теплого электрического пола служит греющий кабель. Главное в этом виде отопления – качество кабеля, от которого зависит эффективность работы системы и длительность ее службы.
Теплые полы, использующие воду, не выделяют вредных веществ, электромагнитных излучений. Вода – дешевый и теплоемкий теплоноситель. Монтируется сеть трубопровода, по которой течет жидкость, между основанием и покрытием пола. По сравнению с электрической системой «теплый пол», этот вид отопления значительно дешевле.

Политика энергоснабжения, проводимая в последние годы, предполагает переход на возобновляемые источники энергии. Все чаще для производства электричества используется не газ и уголь, а солнце, ветер, энергия воды. Это экологически чистые источники энергии, которые не загрязняют выбросами и сбросами окружающую природную среду.

Советы по эксплуатации

  1. Эксплуатация системы солнечного отопления производится в соответствии с конструкцией коллекторов, их количеством и прочими особенностями.
  2. Основной задачей для владельца становится поддержание чистоты, своевременное удаление пыли и прочих загрязнений. Это позволяет обеспечить максимальный прием тепловой энергии, повысить эффективность всей системы в целом.
  3. Необходимо качественно утеплить все соединительные трубопроводы и накопительную емкость, исключая теплопотери.
  4. Рекомендуется всегда держать в запасе одну-две панели, чтобы в случае механического разрушения можно было оперативно произвести замену. Соблюдение этих несложных рекомендаций позволит повысить эффективность системы и обеспечить комфорт и уют в доме.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...